基于内聚力模型的配筋钢纤维混凝土结构承载性能研究

Study on the bearing capacity performance of steel fiber reinforced concrete structures based on the cohesive zone model

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摘要为研究配筋钢纤维混凝土结构在断裂破坏全过程中的力学响应及断裂损伤机理,基于内聚力单元提出了一种配筋钢纤维混凝土结构数值模型的建模方法,内聚力单元被用于表征钢纤维混凝土潜在断裂面及钢筋-混凝土界面。基于所建立模型,提出了综合考虑复合损伤作用、缝间摩擦以及纤维桥接效应的钢纤维混凝土本构模型。此外,在经典钢筋-混凝土界面黏结滑移模型的基础上,补充考虑界面法向分离及其对切向黏结性能弱化作用,建立了一种改进的钢筋-混凝土界面本构模型。为验证模型准确性,设计了一组配筋钢纤维混凝土梁的四点弯曲试验。通过对比模拟与试验结果,所建立的数值模型具有一定的适用性,能够较好地模拟配筋钢纤维混凝土的断裂破坏全过程力学响应以及相应的断裂形态。基于所建立本构模型的特点,进一步研究了纤维掺量和钢纤维混凝土缝间摩擦系数对结构承载性能的影响。研究结果表明,当纤维掺量较小以及摩擦系数取值不合理时(系数偏小或不考虑摩擦),结构的承载性能在塑性阶段会受到显著影响,主要表现为承载能力下降且脆性增大。 This study proposes a numerical modeling method based on the cohesive zone model to investigate mechanical response and fracture mechanism of steel fiber reinforced concrete(SFRC)structures.In the proposed model,cohesive elements are used to stimulate potential fracture surfaces and rebar-concrete interfaces.A constitutive model for SFRC fracture surfaces is developed by considering mixed-mode damage evolution,interfacial friction,and the fiber bridging effect.Additionally,a modified bond-slip constitutive model for the rebar-concrete interface is proposed,accounting for normal separation.To validate the proposed model,a series of four-point bending experiments on SFRC specimens are conducted.The simulation results closely align with experimental observation,confirming the model’s ability to accurately capture both mechanical response and fracture behavior.Parametric analysis reveals that inadequate fiber content or improper friction coefficients significantly reduce structural bearing capacity and ductility.

作者孟栋栋黄逸群林本清 MENG Dongdong;HUANG Yiqun;LIN Benqing(China Communications Construction Rail Transit Subsidiary,Beijing 101300,P.R.China;School of Civil Engineering,Fujian University of Technology,Fuzhou 350118,P.R.China;College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350108,P.R.China)

机构地区中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司福建理工大学土木工程学院福州大学土木工程学院

出处《重庆大学学报》北大核心 2025年第8期54-66,共13页 Journal of Chongqing University

基金国家自然科学基金面上项目(52278158) 福建省自然科学基金面上项目(2021J011062) 福建省教育厅科技重点项目(2022G02025)。

关键词钢纤维混凝土内聚力模型本构模型损伤断裂桥接效应黏结滑移 steel fiber reinforced concrete cohesive zone model constitutive model fracture mechanics fiber bridging effect bond-slip relation

分类号 TU318 [建筑科学—结构工程]

作者简介孟栋栋(1984-),男,高级工程师,主要从事地铁与隧道工程方向研究,(E-mail)838337800@qq.com。;通信作者:林本清(1997-),男,博士研究生,(E-mail)BenqingL@163.com。